大跨度網殼結構懸臂拼裝施工技術

【摘要】河北旭陽焦化有限公司南煤場全封閉項目屋面為大跨度網殼結構，跨度大，結構高度高，生產和施工同時進行。工程采用了搭設臨時支撐架，懸臂安裝法，保證了拼裝精度，節約了工期，降低了成本。對施工過程及臨時支撐架進行了計算分析，對網殼變形進行周密的監測，確保了拼裝質量和安全。

【關鍵詞】大跨度網殼;懸臂拼裝;模擬分析計算;變形監測

1、工程概況

河北旭陽焦化有限公司南煤場全封閉項目為大跨度網殼結構，建筑面積81260m2，北側最大跨度230m，南側最大跨度167.8m，長度408m，結構高度46.98m。網架支撐在鋼筋混凝土柱上，采用下弦節點支撐形式，鋼筋混凝土柱頂標高為+1.350m。

結構為柱面網殼，因場地原因采用非煤棚常用的三心柱面網殼，平面投影為直角梯形，局部帶折角，沿縱向其中一側切邊。

網殼采用螺栓球節點，局部為焊接球節點，桿件材料為Q235B，螺栓球材料為45#鋼，整個網殼共由10417個球節點和40898根桿件組成。

圖1 網殼結構三維圖

2、方案選擇

2.1分條分塊法：在地面拼裝，安裝有保證，但網殼整體為弧形，在拼裝時弧度高度不易控制，且費用較高。

2.2頂升法：網殼在地面拼裝，操作方便，安全風險小;施工效率高;但措施多，成本高，施工技術較復雜。

2.3提升法：網殼在地面拼裝，操作方便，安全風險小;施工效率高;但措施多，成本高，施工技術較復雜。

2.4懸臂安裝法：措施少，技術難度低，不影響網殼下部通行，成本低;但需要詳細的計算依據，現場管理要求嚴格。

以上幾種安裝方法從施工、成本、質量、安全綜合分析后，優選懸臂安裝法。

3、施工難點及對策

3.1建筑高度高，跨度大，安裝時容易產生變形。

對策：采用小單元安裝并利用Midas有限元軟件進行施工過程模擬分析，在易變形區域進行臨時支撐，形成穩定體系后將支撐拆除。

3.2桿件和球數量多：總桿件共計40898件，10417個球;球最大直徑700mm，桿最大直徑為377mm，安裝時容易混淆使用位置，導致安裝出錯。

對策：每根桿件上打鋼印號，組裝時、焊接后檢查，噴涂油漆后核對鋼印號，準確無誤后用油性記號筆進行返號。

3.3施工場地復雜、狹小，甲方要求不能停產。

對策：將網架分成十八個獨立單元，加工完成一個單元再進行下一個單元的加工。分批打包發運，避免現場桿件散亂，造成安裝困難。

3.4施工過程監測是施工中的重點內容。

對策：施工中對網架結構的變形進行實時監測，及時與施工模擬數據進行核比對，如是異常及時采取措施，確保結構施工期安全，保證結構與原設計相符。

4、安裝過程模擬分析計算

采用Midas GEN有限元軟件對安裝過程模擬分析，分階段計算桿件的應力和平面內、外的穩定性，計算網殼安裝階段的結構變形。

施工過程模擬分析結構表明：采用懸臂法安裝過程中網殼桿件的應力和穩定性滿足要求，網殼的變形超過預設的限制條件，需要設置臨時支撐。

1軸-23軸需要設置15個支撐點，24軸-47軸需要設置14個支撐點。

臨時支撐架設置后再次進行各階段的應力和變形復核計算，保證滿足規范要求。

5、安裝工藝

5.1施工段劃分：以變形縫為界，劃分為兩個施工段，1-23軸為一施工段，24-47軸為另一施工段，從兩端向中間安裝。

5.2工藝流程：

5.2.1由山墻作為起步段開始安裝，逐步向高度方向和側向安裝。同時洞口位置及山墻支座內側設置鋼管臨時支撐。

5.2.2安裝至15m和35m高度時分別設置一層纜風繩，每層纜風繩兩側各5道。安裝山墻到設計高時，由兩側向中間呈階梯形逐步安裝。

5.2.3安裝到施工模擬分析要求設置支撐架的位置，利用吊車安裝支撐架，支撐架的四個立柱頂點分別支撐網殼角錐的四個節點，安裝過程中定期測量網殼的撓度值。

5.2.4拼裝到焊接球中柱位置時，分兩段吊裝;安裝支撐架，安裝網殼，拆除前面已完成網殼部分的支撐架，繼續按此步驟安裝網殼單元，直到網殼安裝完成。

5.3網架安裝的質量控制

5.3.1嚴格檢查螺栓球、錐頭、封板、螺栓、桿件等構配件的材質單、合格證、檢測報告，保證原材料、構配件的質量。

5.3.2起步段安裝精度直接影響網殼的安裝質量，起步段安裝允許偏差控制在允許偏差的一半。

5.3.3對每個球節點進行檢查，保證螺栓擰緊到位，節點擰緊后套筒與螺栓球接觸面不得有間隙。

5.3.4嚴格控制網殼拼裝精度，節點中心偏移不大于2mm，弦桿長度和錐體高度大于±2mm，支座中心偏移L/3000，且不大于 30.0，超過偏差及時調整。

5.4變形（撓度）監測

撓度直接影響結構質量和安全，作為重點控制的內容，每一榀網格結構合龍后監測網殼的撓度，空載撓度控制在L/800之內。

根據計算在網殼撓度值最大的一排中心球上貼棱鏡貼片，安裝時貼好。每安裝一跨用全站儀進行一次測量，如在設計值內，繼續安裝，如超出規定值，制定措施后再繼續安裝。

在懸臂安裝過程中隨時監測網殼撓度，尤其是在有臨時支撐的部位，支撐卸載前后必須進行監測，隨時掌控撓度變化，并保證在允許范圍之內。整體卸載完畢后再進行撓度監測，掌控整體撓度數據。

結語：

河北旭陽焦化有限公司南煤場全封閉項目大跨度網殼結構懸臂施工方法的順利實施，解決了大跨度、空間結構、邊生產邊施工的難題，取得了良好的經濟效益和社會效益，為同類工程的施工提供了理論依據和寶貴的實踐經驗。

參考文獻：

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[3]中國鋼結構協會.建筑鋼結構施工手冊[M].北京：中國計劃出版社，2002.

[4]中華人民共和國建設部.大跨度儲煤結構——設計與施工[M].羅堯治著.中國電力出版社2007.

作者簡介：

劉喬利，河北建設集團股份有限公司，河北保定。